CN113219794B - 一种具有能量回收功能的极紫外收集镜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜，包括：基底、设置于所述基底上的多层膜、设置于所述多层膜上的表面反射微结构及沉积于所述表面反射微结构的红外反射层，本发明提供的极紫外收集镜，当红外反射层指向主焦点点时，来自主焦点的红外光正入射反射面被反射回主焦点点，再次轰击靶材实现了能量的回收再利用，提高能量利用率；另外，本发明提供的极紫外收集镜，能够提供减少从IF点进入系统的红外光，进而实现极紫外光源的光谱纯化，且在极紫外波段的能量损失较小。另外，本申请提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，制备工艺简单，易于工业化生产。

Description

一种具有能量回收功能的极紫外收集镜及其制备方法
技术领域
本发明属于涉及极紫外(Extreme Ultraviolet，EUV)收集镜的设计与制作技术领域，具体涉及一种具有能量回收功能的极紫外收集镜及其制备方法。
背景技术
极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography，EUVL)使用13.5nm波长光源作为工作波段，能够实现十几纳米，甚至几纳米的光刻线宽，进而极大的增加集成电路的集成度，对电子设备的小型化、低功耗发展具有极其重要的意义。近年来，随着荷兰ASML关于极紫外光刻机的量产，EUV光刻技术已经成为高端CPU制造的主流技术。但是，由于美国关于向中国进口芯片技术的禁令，EUV光刻机技术成为我国的“卡脖子”技术。
极紫外光刻机一般由极紫外光源、照明系统和投影物镜组成。其中，极紫外光源提供了光刻曝光所需的极紫外辐射。具有大功率和高纯度光谱的极紫外光源是实现极紫外光刻量产的前提条件，也是极紫外光刻技术的难点之一。
极紫外辐射可以由同步辐射和高温高密度等离子体辐射产生。在实际工程中，基于高温高密度等离子体辐射的极紫外光源更具实用价值。根据等离子体的不同激发原理，极紫外光源又可分为放电等离子体(Discharge Produced Plasma，DPP)光源和激光等离子体(Laser Produced Plasma，LPP)光源两种类型。前者利用电极间的高压放电激发等离子体，但由于等离子体距离电极较近，不可避免的对电极产生热损伤以及碎片撞击，限制了DPP光源的应用。后者利用驱动激光轰击靶材激发等离子体，能够实现大功率、稳定的极紫外光输出，已经被应用于ASML的EUV光刻机中。
应用于极紫外光刻技术的LPP光源一般由驱动光源、靶材系统和收集系统构成。其中，驱动光源一般选用能够实现大功率输出的气态激光器，如CO2激光器等；靶材系统由靶材和靶材传输机构组成，常见的靶材有Sn液滴靶，Xe气体靶等；收集系统是收集在主焦点(Primary Focus)由激光轰击靶材产生的等离子体辐射出的极紫外光，并将其汇聚到中间焦点(Intermediate Focus，IF)的装置，一般使用镀有极紫外光反射膜的椭球面收集镜来实现这一功能。同时，为了降低碎片对极紫外光刻设备中照明系统的损伤，提高岀射光的光谱纯度，还会在LPP光源中设置除碎片系统和光谱纯化系统等。LPP光源中，经椭球面收集镜收集的光线包括极紫外光、深紫外光(Deep Ultraviolet，DUV)以及来自驱动光源的红外光(Infrared，IR)。其中，红外光产生的热效应会严重缩短极紫外光刻设备中光学元件的使用寿命。
以此为出发点，各国科研人员相继设计并制作出多种具有能量回收功能的极紫外收集镜方案。包括2009年，荷兰FOM实验室设计的一种覆盖闪耀光栅的具有能量回收功能的极紫外收集镜，2014年，FOM报导了一种具有金字塔状光栅的收集镜结构，同年，日本理学(Rigaku)公司也设计了一款具有相位光栅的收集镜结构，到2015年，德国IOF实验室还设计了一种双层光栅的收集镜结构用来实现光谱纯化功能。
综上所述，一种具有能量回收功能的具有能量回收功能的极紫外收集镜是十分重要的。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种不影响收集镜对工作波段(13.5nm)的收集效率的同时可降低红外波段的反射率的具有能量回收功能的极紫外收集镜。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种具有能量回收功能的极紫外收集镜，包括：基底、设置于所述基底上的多层膜、设置于所述多层膜上的表面反射微结构及沉积于所述表面反射微结构的红外反射层。
在其中一些实施例中，所述基底为表面经过超光滑抛光的、表面粗糙度在0.2nm以下的Si或熔石英或微晶玻璃或ULE或Al或SiC材料。
在其中一些实施例中，所述多层膜为由Mo和Si两种材料构成的周期性多层膜。
在其中一些实施例中，所述周期性多层膜的周期数为40～50。
在其中一些实施例中，所述周期性多层膜的周期厚度为6.9nm。
在其中一些实施例中，所述周期性多层膜的Mo材料厚度占周期厚度的40％。
在其中一些实施例中，所述表面反射微结构由分布在所述多层膜表面的Si材料制成的单元结构构成。
在其中一些实施例中，任意一单元结构至少具有一个反射面，所述单元结构的层最高厚度为不超过50nm。
在其中一些实施例中，所述单元结构的反射面与IF点为中心的球面相切，所述IF点为激光与靶材的作用点。
在其中一些实施例中，所述红外反射层由Mo或Ru对红外光高反的材料构成，所述红外反射层厚度为5nm。
另外，本发明还提供了一种所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，包括下述步骤：
提供一基底；
在所述基底表面制备多层膜；
在所述多层膜表面制备表面反射微结构；及
在所述表面反射微结构沉积红外反射层。
在其中一些实施例中，在所述基底表面制备多层膜，具体包括：利用磁控溅射在所述基底表面制备多层膜；
在所述多层膜表面制备表面反射微结构，具体包括：利用磁控溅射在所述多层膜表面制备Si层，利用灰度光刻技术，制备所述表面反射微结构；
在所述表面反射微结构沉积红外反射层，具体包括：利用磁控溅射在所述表面反射微结构上沉积所述红外反射层。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
本申请提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜，包括：基底、设置于所述基底上的多层膜、设置于所述多层膜上的表面反射微结构及沉积于所述表面反射微结构的红外反射层，本发明提供的极紫外收集镜，当红外反射层指向主焦点时，来自主焦点的红外光正入射反射面被反射回主焦点，再次轰击靶材实现了能量的回收再利用，提高能量利用率；另外，本发明提供的极紫外收集镜，能够提供减少从IF点进入系统的红外光，进而实现极紫外光源的光谱纯化，且在极紫外波段的能量损失较小。
另外，本申请提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，制备工艺简单，易于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的结构图。
图2为本发明实施例2提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法的步骤流程图。
图3为本发明实施例2提供的覆盖50nmSi和5nmMo层的极紫外多层膜在极紫外波段的反射率的示意图。
图4为本发明实施例2提供的50nmSi和5nmMo层对红外光(10.6μm)的反射率的示意图。
其中：基底1、多层膜2、表面反射微结构3、红外反射层4、主焦点示意位置5及驱动激光6。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
请参阅图1，为本申请实施例1提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的结构示意图，包括：基底1、设置于所述基底1上的多层膜2、设置于所述多层膜2上的表面反射微结构3及沉积于所述表面反射微结构3的红外反射层4。以下详细说明各个部件的具体实现方案。
在其中一些实施例中，所述基底1为Si或熔石英或微晶玻璃或ULE或Al或SiC材料等材料构成的椭球面反射镜，特别的要求基底表面经过超光滑抛光，表面粗糙度在0.2nm以下。
进一步地，所述基底1还设有散热装置(图未示)，以降低基底1的温度。
在其中一些实施例中，所述多层膜2为由Mo和Si两种材料构成的周期性多层膜。
进一步地，所述周期性多层膜的周期数为40～50。所述周期性多层膜的周期厚度为6.9nm。
进一步地，所述周期性多层膜的Mo材料厚度占周期厚度的40％，即γ值为0.4左右。
可以理解，所述多层膜2可由磁控溅射或离子束溅射等镀膜方法设置在所述基底1表面。
在其中一些实施例中，所述多层膜还可以为包含间隔层、保护层等的周期性极紫外多层反射膜。
在其中一些实施例中，所述表面反射微结构3由分布在所述多层膜2表面的Si材料制成的单元结构构成。
进一步地，任意一单元结构至少具有一个反射面，所述单元结构的层最高厚度为50nm。
可以理解，表面反射微结构的单元结构分布可以时有序排列也可以是无序排列的。
在其中一些实施例中，所述单元结构的反射面与主焦点为中心的球面相切，所述主焦点为激光与靶材的作用点。
在其中一些实施例中，所述红外反射层4由Mo或Ru对红外光高反的材料构成，所述红外反射层厚度为5nm。
可以理解，若使用Ru作为红外反射层，该结构还会具有一定的抗氧化能力。
本发明上述实施例提供的极紫外收集镜，当红外反射层4指向主焦点时，来自主焦点的红外光正入射反射面被反射回主焦点，再次轰击靶材实现了能量的回收再利用，提高能量利用率；另外，本发明提供的极紫外收集镜，能够提供减少从IF点进入系统的红外光，进而实现极紫外光源的光谱纯化，且在极紫外波段的能量损失较小。
实施例2
本申请还提供了一种具有能量回收功能的极紫外收集镜的成像方法，包括下述步骤：
步骤S110：提供一基底。
步骤S120：在所述基底表面制备多层膜。
具体地，利用磁控溅射在所述基底表面制备多层膜；
步骤S130：在所述多层膜表面制备表面反射微结构。
具体地，利用磁控溅射在所述多层膜表面制备Si层，利用灰度光刻技术，制备所述表面反射微结构。
步骤S140：在所述表面反射微结构沉积红外反射层。
具体地，利用磁控溅射在所述表面反射微结构上沉积所述红外反射层。
上述极紫外收集镜的成像方法，其详细的实现方案在实施例1中已有详细描述，这里不再赘述。
参照上述方法，本发明实施例中准备熔石英基底1，粗糙度0.2nm，利用磁控溅射制备40周期Mo/Si多层膜2，周期6.9nm，γ值0.4，利用磁控溅射在多层膜表面制备50nm后Si层，利用灰度光刻技术，制备反射微结构，利用磁控溅射在反射微结构3上沉积Mo金属层，厚度为5nm。
请参阅图2，为本发明上述实施例提供的计算了覆盖50nmSi和5nmMo层的极紫外多层膜在极紫外波段的反射率，由74％降低到61％，依然保持在60％以上。(入射角为6°)
请参阅图3，为本发明实施例2提供的计算了50nmSi和5nmMo层对红外光(10.6μm)的反射率。反射率可达80％以上。
本申请提供的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，制备工艺简单，易于工业化生产，制备得到的极紫外收集镜不影响收集镜对工作波段(13.5nm)的收集效率的同时可降低红外波段的反射率。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，包括：基底、设置于所述基底上的多层膜、设置于所述多层膜上的表面反射微结构及沉积于所述表面反射微结构的红外反射层；
所述表面反射微结构由分布在所述多层膜表面的Si材料制成的单元结构构成；
任意一单元结构至少具有一个反射面，所述单元结构的层最高厚度不超过50nm；
所述单元结构的反射面与主焦点为中心的球面相切，所述主焦点为激光与靶材的作用点。
2.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述基底为表面经过超光滑抛光的、表面粗糙度在0.2nm以下的Si或熔石英或微晶玻璃或ULE或Al或SiC材料。
3.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述多层膜为由Mo和Si两种材料构成的周期性多层膜。
4.根据权利要求3所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述周期性多层膜的周期数为40～50。
5.根据权利要求4所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述周期性多层膜的周期厚度为6.9nm。
6.根据权利要求5所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述周期性多层膜的Mo材料厚度占周期厚度的40％。
7.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜，其特征在于，所述红外反射层由Mo或Ru对红外光高反的材料构成，所述红外反射层厚度为5nm。
8.一种权利要求1至7任一项所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
提供一基底；
在所述基底表面制备多层膜；
在所述多层膜表面制备表面反射微结构；
在所述表面反射微结构沉积红外反射层。
9.根据权利要求8所述的具有能量回收功能的极紫外收集镜的制备方法，其特征在于，
在所述基底表面制备多层膜，具体包括：利用磁控溅射在所述基底表面制备多层膜；
在所述多层膜表面制备表面反射微结构，具体包括：利用磁控溅射在所述多层膜表面制备Si层，利用灰度光刻技术，制备所述表面反射微结构；
在所述表面反射微结构沉积红外反射层，具体包括：利用磁控溅射在所述表面反射微结构上沉积所述红外反射层。
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